std::unique_ptr继承切片和析构函数问题

Question

请考虑以下完全运作的示例：

#include <iostream>
#include <memory>

class A {
    public:
    A() {
        std::cout << "A() \n";
    }
    ~A() {
        std::cout << "~A \n";
    }

};
class B:public A {
    public:
    B() {       
        std::cout << "B() \n";
    }
    ~B() {
        std::cout << "~B() \n";
    }
};

int main() {
    std::cout << "Output: \n";
    {
        std::unique_ptr<A> TestB(new B());
    }

    return 0;
}

输出结果为：

Output: 
A() 
B() 
~A 

有没有办法在继承中调用B的析构函数？我不知道unique_ptr也有切片问题。当然，我可以使用std::unique_ptr<B>，但我想要一个std::vector<std::unique_ptr<A>>并添加继承的项目。

是否有一种方法将std::unique_ptr列表与继承结合使用？

- Grapes

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您需要将 ~A() 声明为虚函数。 - juanchopanza

@juanchopanza 我也是这么想的，这就是正确的答案，谢谢。 - Grapes

没有虚析构函数的UB... - Kerrek SB

Answer 1

当你使用 delete p; 并且包含*p的最派生对象的类型（通俗地说，“*p的动态类型”）与*p的静态类型不同，那么如果*p的静态类型是一个类类型并且没有虚析构函数，则行为是未定义的。

为了解决这个问题，你需要使用virtual ~A()。

- Kerrek SB

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这是正确的，但我不明白为什么，我的意思是，如果我声明一个对象B k，其中B是从A派生的，为什么调用A的析构函数应该是“自然”的呢？这里有一个明显的先例，或者只是因为C++支持多重继承... - user2384250

@user2384250：这与所有那些都没有关系。问题在于你的类型是unique_ptr<A>。如果是unique_ptr<B>就没问题了。 - Kerrek SB

也许我没有表达清楚，我考虑的情况是只声明 B k;，其中类在问题帖子中定义。我无法解释C++为什么设计成这样以及它的行为方式，当我声明 B k 并且 k 被销毁时，~A 也会被调用，这是我不太理解的部分。 - user2384250

如果你只是声明 B k;，那么没有问题。唯一会出现问题的情况是，当你试图通过指向基类子对象的指针销毁动态分配的对象时，这是显而易见的原因：子对象必须有某种机制知道它是较大对象的一部分。 - Kerrek SB

我理解这没有问题，我的问题只是当Bjarne S.设计这个时在想什么，而且我看到的是B比A大，所以在一个类型为B的对象上调用2个析构函数B和A对我来说是毫无意义的，因为B比A更大，A可以做什么B不能做的？ - user2384250

@user2384250：~A()如何知道它是否是更大类型的一部分？而~B()又如何知道~A()的作用？你必须调用两个析构函数，并按正确的顺序调用... - Kerrek SB

Answer 2

@user2384250的真正问题似乎是为什么虚拟分派不是默认设置。

简而言之：您将在调用站点（对于每个创建的实例和整个程序）上支付性能惩罚，因为会破坏缓存局部性。如果所有函数都默认执行虚拟分派，则您将无法通过更加笨拙的语法来弥补这种惩罚。

如果您的类中没有使用虚拟分派，则您的类将具有最佳性能。即使B继承自A，如果A没有任何虚拟方法，则编译器无法区分B和A的实例；如果您有一个变量A* instance;并且调用instance->foo()，编译器无法知道您下面有一个B，并且它将调用A::foo()。

当你在A中声明foo()virtual时，编译器会为A创建一个虚拟表，将foo()插入该虚拟表，并向类添加一个隐藏的虚拟表指针。然后，在每次调用foo()时，它知道需要执行虚拟分派（因为foo()被声明为虚拟）。它将加载由指针给出的查找表，并调用那里告诉它的foo()。这样，当你有一个B的实例时，指针将指向B类的查找表；当你有一个A的实例时，它将指向A的实例。因此，无论instance是A*还是B*，编译器只需加载查找表并调用分派表中的foo，而不管在调用点声明的类型如何。

正如您所见，即使添加一个虚方法，也会有一个隐藏的前期成本，这与调用虚方法无关；每个类都会得到1个查找表，而且您类的每个实例都会增加1个指针。此外，编译器无法提前知道您是否会创建子类（虚表指针位于您首次声明该方法为虚方法的类中）。如果您希望默认行为是虚分派，则程序中的每个类都将不必要地支付这种性能惩罚。

此外，由于上述机制，虚方法略微更昂贵：编译器不是插入一条指令：跳转到函数foo()，而是：加载此实例的虚指针，添加函数foo()的偏移量，解引用该条目（函数的地址）并跳转到它。这不仅涉及更多的CPU周期，还破坏了您的缓存局部性。

最后，您应该认真考虑继承、组合或模板哪种更好地解决了问题；每种方法都有其权衡。

- Vitali